Gefügesimulation beim Hochtemperatur-Einsatzhärten
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J. Rudnizki
Kurzfassung
Ein Weg zur kostengünstigen Produktion von einsatzgehärteten Bauteilen mit geeigneten mechanischen Eigenschaften ist die Modifizierung des Aufkohlens durch die Verkürzung der Prozessdauer. Seit Längerem wird versucht, die Aufkohlungsdauer durch Erhöhung der Aufkohlungstemperatur zu verkürzen, ohne dass die Veränderungen der Prozessparameter die Qualität des Bauteils negativ beeinflussen. Die klassischen Einsatzstähle sind jedoch nur für das Einsatzhärten unter 950°C geeignet, da bei höheren Temperaturen abnormales Kornwachstum auftreten kann, welches sich sehr negativ auf die mechanischen Eigenschaften auswirkt. Das Ziel ist, das abnormale Kornwachstum zu unterbinden, indem die Einsatzstähle mikrolegiert werden. Bisher basieren die in der Literatur vorhandenen Ergebnisse hauptsächlich auf experimentellen Untersuchungen. Der Trend geht jedoch immer mehr zur Simulation solcher Prozesse mit Anknüpfung an Modelle, die auf physikalischen Gesetzmäßigkeiten basieren. Hier sollen einige Möglichkeiten zur Modellierung des Aufkohlens von mikrolegierten Stählen vorgestellt werden. Im Einzelnen sind dies Modelle zum Verhalten von Ausscheidungen während des Aufkohlungsprozesses, zur Kohlenstoffverteilung und zur Entwicklung der Austenitkorngröße.
Abstract
Due to a lower-cost production of carburized constructive parts with proper mechanical properties, the process of carburization has to be modified so that the whole process time will be reduced. Therefore one idea is to shorten the process by increase of the carburizing temperature. However, in spite of the changing process parameters, the components must keep their quality. The standard case hardening steels are designed for use below 950°C and show abnormal austenite grain coarsening and poor material properties at higher carburizing temperatures. The main target is to hinder abnormal grain growth by microalloying case hardening steels. Until now, the results revealed in the literature mainly rely on experimental investigations. However there has been a tendency to tie such processes to models based on physical approaches. In this paper, several ways of modelling of the carburizing process of microalloyed steels are presented concerning the behaviour of precipitates, the carbon distribution and the development of the austenite grain size.
Literatur
1. SchmidtI.; Thies, H. E.: Ingenieur-Werkstoffe1 (1989) 3/4, S. 62–66Search in Google Scholar
2. HippenstielF.; Bleck, W.; Clausen, B.; Hoffmann, F.; Kohlmann, R.; Pouteau, P.: Innovative Einsatzstähle als maßgeschneiderte Werkstofflösung zur Hochtemperaturaufkohlung von Getriebekomponenten. HTM Z. Werkst. Wärmebeh. Fertigung57 (2002) 4, S. 290–298Search in Google Scholar
3. Flesch, R.; Spitzer, H.; Bleck, W.: Korngrößeneinfluss auf die Eigenschaften von Einsatzstählen-Feinkornstabilität bei erhöhten Aufkohlungstemperaturen, Literaturrecherche T701 „Feinkornstahl“. Forschungsheft Nr. 549, FVA, Frankfurt, 1998Search in Google Scholar
4. Klenke, K.; Kohlmann, R.: Einsatzstähle in ihrer Feinkornbeständigkeit, heute und morgen. HTM Z. Werkst. Wärmebeh. Fertigung60 (2005) 5, S. 260–270Search in Google Scholar
5. Gustafson, A.: Coarsening of TiC in austenitic stainless steel – experiments and simulations in comparison. Mater. Sci. Eng.A278 (2000) S. 52–58Search in Google Scholar
6. Urpin, T.; Dulcy, J.; Gantois, M.: Carbon diffusion and phase transformation during gas carburizing of high-alloyed stainless steels: Experimental study and theoretical modeling. Metall. Mater. Trans.36A (2005), S. 2751–276010.1007/s11661-005-0271-4Search in Google Scholar
7. Manohar, P. A.; Dunne, D. P.; Chandra, T.; Killmore, C. R.: Grain growth predictions in microalloyed steels. ISIJ Int.36 (1996), S. 194–20010.2355/isijinternational.36.194Search in Google Scholar
8. Hillert, M.: On the theory of normal and abnormal grain growth. Acta metall.13 (1965), S. 227–23810.1016/0001-6160(65)90200-2Search in Google Scholar
9. Srolovitz, D. J.; Grest, G. S.; Anderson, M. P.: Computer simulation of recrystallization, Part I: Homogeneous nucleation and growth. Acta metall.34 (1986), S. 1833–184510.1016/0001-6160(86)90128-8Search in Google Scholar
10. Anderson, M. P.; Grest, G. S.; Srolovitz, D. J.: Computer simulation of normal grain growth in three dimensions. Phil. Mag. B.59 (1989), S. 293–32910.1080/13642818908220181Search in Google Scholar
11. Patterson, B. R.; Liu, Y.: Relationship between grain. Metall. Trans.23A (1992), S. 2481–2482Search in Google Scholar
12. Gladman, T.: The Theory and Inhibition of Abnormal Grain Growth in Steels. JOM44 (1992) 9, S. 21–2410.1007/BF03222321Search in Google Scholar
13. Gladman, T.: Grain size control. OCP Science, Philadelphia, Pa/USA, 2004Search in Google Scholar
14. Humphreys, F. J.: A unified theory of recovery, recrystallization and grain growth, based on the stability and growth of cellular microstructures, Part II: The effect of second-phase particles. Acta mater.45 (1997), S. 5031–5039Search in Google Scholar
15. Scientific Forming Technologies Corporation: DEFORMTM-HT, Ohio. www.deform.com, 28.04.09Search in Google Scholar
16. Boitout, F.; Dry, D.; Mourge, P.; Gooroochurn, Y.; Porzner, H.: SYSWELD for Heat Treatment Practitioners and Part Designers, ESI Group. www.esi-group.com, 28.04.09Search in Google Scholar
17. Andersson, J.-O.; Helander, T.; Höglund, L.; Shi, P.; Sundmann, B.: ThermoCalc & DICTRA, Computational Tools for Materials Science. Calphad26 (2002) 2, S. 273–312Search in Google Scholar
18. Steinbach, I.; Pezzolla, F.; Nestler, B.; Seeßelberg, M.; Prieler, R.; Schmitz, G. J.; Rezende, J. L. L.: A phase field concept for multiphase systems. Physica D94 (1996), S. 135–14710.1016/0167-2789(95)00298-7Search in Google Scholar
19. Steinbach, I.; Apel, M.; Schaffnit, P.: Simulation of grain-growth using the multi-phase field. Proc. 1st Joint Int. Conf. on Recrystallization and Grain Growth (ReX & GG), August 27–31, 2001, Aachen, Germany, S. 283–289Search in Google Scholar
20. ACCESS e. V. (Hrsg.): MICRESS User Documentation. Version 5.2 (2005), www.MICRESS.de, 28.04.09Search in Google Scholar
21. Steinbach, I.; Apel, M.: Dual Scale Simulation of Grain Growth Using a Multi Phase Field Model. Advances in Materials Theory and Modeling – Bridging Over Multiple-Length and Time. MRS Spring Meeting (2001), S. AA7.14.1–AA7.14.6.Search in Google Scholar
22. Lifshitz, I. M.; Slyozov, V. V.: The Kinetics of Precipitation from Supersaturated Solid Solutions. Soviet Physics JETP35 (1959), S. 331–339Search in Google Scholar
23. Lifshitz, I. M.; Slyozov, V. V.: The Kinetics of Precipitation from Supersaturated Solid Solutions. J. Phys. Chem. Solids19 (1961), S. 35–5010.1016/0022-3697(61)90054-3Search in Google Scholar
24. Wagner, C.: Theorie der Alterung von Niederschlägen durch Umlösen (Ostwald-Reifung). Z. Elektrochem.65 (1961), S. 581–591Search in Google Scholar
25. Thiessen, R. G.: Physically-Based Modelling of Material Response to Welding. Ph. D. Thesis, TU-Delft/NL, 2006Search in Google Scholar
26. Ågren, J.: A revised expression for the diffusivity of carbon in binary Fe-C austenite. Scripta Metall.20 (1986), S. 1507–151010.1016/0036-9748(86)90384-4Search in Google Scholar
27. Chatterjee-Fischer, R.: Assessment of the mobility of carbon in fcc C-Cr-Fe-Ni alloys. HTM Härterei-Techn. Mitt. 40 (1985) 1, S. 7–11Search in Google Scholar
28. Jönsson, B.: Assessment of the Mobility of Carbon in fcc C-Cr-Fe-Ni Alloys. Z. Metallkd.85 (1994) 7, S. 502–509Search in Google Scholar
29. Smith, R. P.: The diffusion of carbon in iron by the steady state method. Acta Metall.1 (1953), S. 578–58710.1016/0001-6160(53)90088-1Search in Google Scholar
30. Wells, C.; Batz, W.; Mehl, R.: Diffusion coefficient of carbon in austenite. Trans. AIME – Journal of Metals188 (1950), S. 553–560Search in Google Scholar
31. Gegner, J.: Linearisierte Darstellung des Diffusionskoeffizienten von Kohlenstoff in austenitischem Eisen. Mat.-wiss. u. Werkstofftech.36 (2005), S. 56–6110.1002/mawe.200400849Search in Google Scholar
32. Brecher, C.: Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer. Exzellenzcluster 128, RWTH Aachen, Laufzeit seit 2006Search in Google Scholar
33. Research Program of the Research Fund for Coal and Steel: New ecological and low cost answers to end-user demands on high performance steel components. RFSR-CT-2004-00028, 2008Search in Google Scholar
© 2009, Carl Hanser Verlag, München
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